(57)【要約】【課題】燃料電池セル内の電解質膜に異種材料が付着等することを効果的に防止でき、燃料電池スタックの中から性能が低下した燃料電池セルを抜き出して交換するといったメンテナンスに際してその効率性に優れ、流体シール性に優れた燃料電池を提供する。【解決手段】膜電極接合体（電極体４）と、ガス透過層５，６と、いずれか一方のガス透過層側に配されたセパレータ７と、からなる燃料電池セル１０が積層され、積層されたそれぞれの膜電極接合体等の周縁に一体成形されたガスケット８が形成されて複数の燃料電池セル１０，…からなる一つのモジュール１００が形成され、これが積層されて、もしくは一つの該モジュール１００のみから燃料電池スタックが形成されてなる、燃料電池であり、セパレータ７のガスケット８と当接する面には、該ガスケット８と接着する接着領域Ｓと、ガスケット８と接着しない非接着領域ＨＳと、が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と、その両側に配されたガス透過層と、少なくともいずれか一方のガス透過層側に配されたセパレータと、からなる燃料電池セルが複数積層され、積層されたそれぞれの膜電極接合体およびガス透過層の周縁に一体成形されたガスケットが形成されて複数の燃料電池セルからなる一つのモジュールが形成され、複数の該モジュールが積層されて、もしくは一つの該モジュールのみから燃料電池スタックが形成されてなる、燃料電池であって、
前記セパレータのガスケットと当接する面には、該ガスケットと接着する接着領域と、ガスケットと接着しない非接着領域と、が設けられている、燃料電池。
【請求項２】
前記非接着領域は、前記燃料電池セルのうち、積層姿勢で隣接する別途の燃料電池セルのガスケットと当接するセパレータの面にのみ設けられている、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記非接着領域は、前記燃料電池セルのうち、当該燃料電池セルを構成するセパレータがガスケットと当接する面、および、積層姿勢で隣接する別途の燃料電池セルのガスケットと当接するセパレータの面、の双方に設けられている、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記非接着性領域は、前記ガスケットとの間で非接着性を有する、非接着性シートもしくは非接着性コーティング層のいずれか一種からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記ガス透過層が、ガス拡散層、もしくは、金属多孔体からなるガス流路層、もしくはそれらの積層体のいずれか一方からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池セルにガスケットが一体成形されて一つのモジュールを成し、このモジュールが複数積層されて、もしくは一つの該モジュールから燃料電池スタックを形成している燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池の燃料電池セルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側およびカソード側の触媒層とから膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が形成され、たとえば、このＭＥＡとこれを挟持するアノード側およびカソード側のガス拡散層（ＧＤＬ）とから電極体（ＭＥＧＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ＆  Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が形成され、電極体に燃料ガスもしくは酸化剤ガスを提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するための金属多孔体からなるガス流路層とセパレータが電極体の両側に配されて構成されている。なお、セパレータにガス流路溝が形成された燃料電池セルも従来一般のものであり、この形態の場合にはガス流路層となる金属多孔体は不要である。実際の燃料電池スタックは、所要電力に応じた基数の燃料電池セルが積層され、スタッキングされることによって形成されている。
【０００３】
上記構成の燃料電池セルにおいては、膜電極接合体に供給される燃料ガスや酸化剤ガス、さらにはセルの昇温を抑止するための冷却水などの流体をシールするためのガスケットが電極体の周縁に形成されている。このガスケットは燃料電池セルごとに形成されており、電極体の周縁にガスケットを有した燃料電池セルを所定の基数だけ積層した後にスタッキングがおこなわれている。なお、このガスケット成形は一般に、射出成形や圧縮成形にておこなわれている。たとえば圧縮成形の場合を取り上げると、成形型のキャビティ内にセパレータを収容し、次いでガス流路となるアノード側もしくはカソード側の一方の金属多孔体を収容し、次いで電極体もしくは膜電極接合体を収容し、次いでアノード側もしくはカソード側の他方の金属多孔体を収容した姿勢で、成形型内に比較的硬質な樹脂を注入し、成形型内を高温雰囲気としながら圧縮することにより、電極体の周縁に樹脂製のガスケットが成形される。
【０００４】
上記するセパレータは、たとえばチタンやステンレスからなる２枚のプレートの間に流路が形成されたプレートが介層された３層構造のものや、中間層を樹脂製の枠材とし、２枚のプレートの一方から多数のディンプルや流路を画成するリブを突出させて冷却水流路（このような構造のセパレータも、同様に３層構造のセパレータに含まれる）を形成するものなどがある。このような構造のセパレータは、当該セル自体のアノード側もしくはカソード側のいずれか一方のセパレータであると同時に、積層姿勢において隣接するセルのアノード側もしくはカソード側の他方のセパレータとなるものである。すなわち、この３層構造セパレータを有する燃料電池セルのセル構成部材は、一つの３層構造セパレータと、アノード側およびカソード側の金属多孔体（ガス流路層）と、膜電極接合体もしくは電極体と、からなり、複数の燃料電池セルが積層された姿勢において、任意の燃料電池セルは、その両端にアノード側およびカソード側のセパレータを有することとなる。      
【０００５】
従来の燃料電池スタックは、上記のごとく、ガスケットが成形された燃料電池セルを積層してスタッキングされるものである。たとえば２００〜４００基程度の燃料電池セルが積層されて燃料電池スタックが形成されるものにおいて、各燃料電池セルには固有の電圧センサが設けてあり、セル電圧が所定値以下に落ち込んだ燃料電池セルが特定されると、その燃料電池セルがスタック内から抜き取られて別途の燃料電池セルと交換されるようになっている。
【０００６】
しかし、多数の燃料電池セルがスタッキングされてなる燃料電池スタックからそのスタッキングを解除し、要交換の燃料電池セルのみを抜き取って別途のセルと交換する作業が極めて煩雑であることは理解に易く、当該分野ではその改善が叫ばれている。
【０００７】
ところで、膜電極接合体を構成する電解質膜は、気孔を有するガス拡散層や金属多孔体などのガス透過層を介して外部に流体連通した状態となっている。この電解質膜は、異種材料のコンタミネーションによってその特性を大きく劣化させるものである。したがって、すべての燃料電池セルがそれぞれ単独で射出成形され、次いでそれらを単に積層させている現状においては、この積層の際にすべての燃料電池セルの電解質膜が異種材料によってコンタミネートされる危険性を有している。
【０００８】
このような観点からも、燃料電池セルごとに射出成形等にてガスケットを形成し、これを積層させて燃料電池スタックを形成するという製造方法の見直しや改善、この製造方法によってできる燃料電池スタックの構造の改良は必至であり、そのための開発が急務の課題である。特に、家屋等の定置型として、あるいはハイブリッド車や電気自動車等の移動型として、燃料電池の普及が拡大の一途を辿っている昨今、その性能向上と生産性向上の双方を満足させる必要があることに鑑みれば、上記する急務の課題を効果的に解決できる燃料電池の開発は極めて重要である。
【０００９】
そこで、本出願人は鋭意研究を重ねた結果、次のような構造の燃料電池の発案に至り、別途の特許出願をおこなっている。この燃料電池は、電極体（ＭＥＧＡ）と、これを挟持するガス流路となるアノード側およびカソード側の多孔体と、アノード側およびカソード側のうちのいずれか一方のセパレータと、からなる燃料電池セルが複数積層され、積層されたそれぞれの電極体および多孔体の周縁に一体成形されたガスケットが形成されて複数の燃料電池セルからなる一つのモジュールが形成され、複数の前記モジュールが積層されて燃料電池スタックが形成されてなるものである。
【００１０】
この燃料電池は、複数の燃料電池セルが積層され、それぞれの燃料電池セルが一体成形されたガスケットで繋がれることで１つのモジュールを形成し（ガスケットが当該ガスケットを構成要素とするセルのセパレータと密着するとともに、積層姿勢で隣接する他のセルを構成するセパレータと密着する）、複数のモジュールを積層してスタッキングすることで形成されることから、「多セル１モジュール型の燃料電池」と称することもできる。この燃料電池によれば、たとえばガスケットの射出成形に先行して複数の燃料電池セルが積層されていることから、燃料電池スタックを構成するほとんどの燃料電池セルの電解質膜は、このような製造過程において異種材料とコンタミネートされることから効果的に防護される。さらには、性能不良となった燃料電池セルを、該セルを含むモジュール単位で抜き取ることにより、メンテナンス効率を格段に向上させることができるものである。
【００１１】
しかし、このように複数の燃料電池セルをガスケットにて一体化してモジュールを形成したことから、以下のような新たな課題が想定される。図５を参照してその課題を説明する。図示例の燃料電池は、２つの燃料電池セルＣＥ，ＣＥとその上端のセパレータｅとがガスケットｆにて一体とされてモジュールＭＤを形成し、このモジュールＭＤが複数積層されて燃料電池スタックを構成するものである。なお、図示例は、そのうちの２つのモジュールＭＤを取り出し、スタッキング前の状態を示しており、さらには、燃料ガスが流通するマニホールドＭを通る断面で切断したものである。
【００１２】
燃料電池セルＣＥは、膜電極接合体ａと、これを挟持するカソード側およびアノード側のガス拡散層ｂ１、ｂ２と、から電極体ｃが形成され、これをカソード側およびアノード側のガス流路となる金属多孔体ｄ１、ｄ２が挟持し、アノード側の金属多孔体には３層構造のセパレータｅが配されて一つの燃料電池セルＣＥが構成されている。ここで、この３層構造のセパレータｅは、プレートｅ１，ｅ２とその間に介在する中間層ｅ３とから形成され、該中間層ｅ３にてガスや冷却流体（冷却水や冷却エア、冷却エチレングリコールなど）用の流路が形成されている。
【００１３】
複数の燃料電池セルＣＥ，…をガスケットｆにて一体に繋いで一つのモジュールＭＤを形成した際には、スタッキング前の状態において、厚めに設計されたガス拡散層がモジュールＭＤを構成するセル数だけ積層され、その一方でモジュールＭＤの端部はガスケットで固定されていることから、モジュールＭＤの中央領域が外側に膨らんだ（Ｘ方向）、いわゆる太鼓状を呈し易い。これは、ガスケットを射出成形する際の圧力がスタッキング時の圧縮力に比して高い場合に特に顕著である。
【００１４】
多セル１モジュール型の燃料電池においては、上記するセルの太鼓状の変形は許容せざるを得ないものの、図示のごとく太鼓状を呈してしまうと、セパレータとガスケットの接着界面において剥離が生じ、場合によってはこの剥離がガスケットの亀裂に進展し、モジュールＭＤ端部のシール性が担保されなくなってしまうという問題が生じ得る。また、図示例のごとく、各モジュールＭＤ，ＭＤが過度に太鼓状に変形することで、モジュールＭＤ，ＭＤ間の接合界面端部（図中の領域Ａ）におけるシール性が担保され難くなってしまうという問題が生じ得る。
【００１５】
なお、図示を省略するが、ガスケットを射出成形する際の圧力がスタッキング時の圧縮力に比して過度に低い場合は、図示例とは逆にスタッキング時の圧縮力によってモジュールの中央が端部のガスケット領域に比して押し込まれてしまい、この場合には電極体の中央がへこんだ状態となってスタッキング時の圧縮力が電極体の全面に十分に作用されないといった問題も生じ得る。
【００１６】
ここで、本出願人による公開技術に目を転じると、上記する多セル１モジュールの燃料電池に関し、ガスケットをセパレータに接着するなどして形成した燃料電池が特許文献１に開示されている。この燃料電池もメンテナンス性に優れたものであるが、上記する課題、すなわち、セパレータとガスケットの接着界面において剥離が生じ、場合によってはこの剥離がガスケットの亀裂に進展し、モジュール端部のシール性が担保されなくなるという課題を効果的に解消するまでには至らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００６−２４４７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、燃料電池スタックを形成するそれぞれの燃料電池セル内の電解質膜に異種材料がコンタミネート（付着等）することを効果的に防止でき、燃料電池スタックの中から性能が低下した燃料電池セルを抜き出して交換するといったメンテナンスに際してその効率性に優れ、さらには、流体シール性に優れた、燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記目的を達成すべく、本発明による燃料電池は、膜電極接合体と、その両側に配されたガス透過層と、少なくともいずれか一方のガス透過層側に配されたセパレータと、からなる燃料電池セルが複数積層され、積層されたそれぞれの膜電極接合体およびガス透過層の周縁に一体成形されたガスケットが形成されて複数の燃料電池セルからなる一つのモジュールが形成され、複数の該モジュールが積層されて、もしくは一つの該モジュールのみから燃料電池スタックが形成されてなる、燃料電池であって、前記セパレータのガスケットと当接する面には、該ガスケットと接着する接着領域と、ガスケットと接着しない非接着領域と、が設けられているものである。
【００２０】
本発明の燃料電池は、複数の燃料電池セルを一つのモジュールとして形成し、このモジュールを複数積層して、もしくは一つのモジュールのみを燃料電池スタックとしたものであり、一つのモジュールにおいては、たとえばそれぞれの燃料電池セルが、積層姿勢で隣接する燃料電池セルとガスケットにて接着されるものの、当該ガスケットとセパレータの界面の一部に非接着領域が設けられた構造を呈することにより、たとえば射出成形後の脱型時の荷重（応力）解放の際のガスケットの変形追随性を高めることができ、もって、モジュールが過度に太鼓状に変形したり、ガスケットとセパレータの間の界面が剥離したり、ガスケットの一部が破断する等して、流体シール性が阻害されるという課題を効果的に解消することのできる燃料電池である。
【００２１】
上記する燃料電池（燃料電池スタック）を構成するモジュールの規模は多様に存在し、たとえば３００基の燃料電池セルが積層されて一つの燃料電池が構成されるものにおいて、２基〜５０基程度の範囲のセル基数で一つのモジュールを構成することができる。なお、複数の燃料電池セルで一つのモジュールを形成し、このモジュールを複数積層して一つの燃料電池スタックが形成されるものにおいて、このモジュールを多セル１モジュールの燃料電池などと称することもできる。
【００２２】
たとえば一つのモジュールが３０基の燃料電池セルから構成される場合においては、射出成形や圧縮成形に際して、その両端以外の内部の２８基の燃料電池セルの膜電極接合体は外部から完全に遮断されることとなり、異種材料が膜電極接合体を構成する電解質膜にコンタミネートすることを抑止できる。
【００２３】
本発明の燃料電池は、上記する多セル１モジュール構造の燃料電池を構成する各燃料電池セルにおいて、任意の燃料電池セルのガスケットが、当該燃料電池セルを構成する３層構造セパレータの面(当接面)との間で非接着領域を有する、および／または、積層姿勢で隣接する燃料電池セルの３層構造セパレータとの間で非接着領域を有するものであり、これらの構成により、上記する射出成形後の脱型時に応力が解放し、ガスケットに引張力が作用した際の、当該ガスケットの変形追随性が高められたものである。
【００２４】
たとえば、非接着領域を設けることで、セパレータとガスケットの当接界面における接着領域が狭くなるため、結果として、当該界面近傍のガスケットの変形追随性が向上することになる。そのため、上記する太鼓状の変形モードが緩和され、射出成形後の脱型時におけるセル構造体の各構成部材の各接合面が可及的にフラットな姿勢を呈することとなる。このように過度な変形モードが緩和され、各構成部材の各接合面が可及的にフラットな姿勢を呈することにより、非接着領域から剥離が進展することもなくなり、ガスケットに亀裂が生じる虞もなくなることから、高いシール性を有する多セル１モジュール構造の燃料電池が得られることとなる。
【００２５】
なお、ガスケットとセパレータの界面に非接着領域を設け、したがって接着領域が減少した際に、上記する応力解放時に作用する引張力に対して、この狭くなった接着領域にてガスケットとセパレータが十分に接着姿勢を維持する必要があることは言うまでもない。言い換えれば、このような接着姿勢の維持が可能な範囲で、非接着領域の範囲や形成部位が決定されることになる。
【００２６】
ここで、上記する非接着領域の具体的な形態は特に限定されるものではないが、ガスケットもしくはセパレータのいずれか一方の当接面の一部に形成された、非接着性シートもしくは非接着性コーティング層のいずれか一種を挙げることができる。たとえば、燃料電池セルのセパレータのうち、積層姿勢で隣接する燃料電池セル側の対向面に、非接着性シートもしくは非接着性シールを接着しておく、もしくは、非接着性コーティング層を施しておくといった形態や、ガスケットを挟持する上下のセパレータの双方にこれら非接着性シートや非接着性コーティング層を設けておく形態などがある。
【００２７】
一例として、ゴム素材のガスケットとの間で非接着性に優れ、燃料電池セルの構成素材である、パーフルオロスルフォン酸やテフロン（登録商標）を素材としたシート（もしくはシール）が接着された形態、あるいは、これらを素材とした溶液がコーティングされた形態などを挙げることができる。
【００２８】
非接着性シートやコーティング層の形成素材、非接着領域を設けるセパレータの当接面部位やその範囲などは、射出成形後の脱型時にガスケットに作用する引張力に対して、セパレータおよびガスケットの双方の接着姿勢が維持されること、および、十分な非接着効果が発揮できること、などを勘案して、適宜設定されることになる。
【００２９】
また、モジュールを形成する燃料電池セルの構造は、膜電極接合体のアノード側とカソード側の双方に拡散層基材と集電層からなるガス拡散層を具備する形態、アノード側とカソード側のいずれか一方は集電層のみを具備する（拡散層基材が廃された）形態の双方を含んでいる。また、本明細書では、これらのいずれの形態も電極体と称呼している。また、この構成部材ユニットからなる燃料電池セルにおいては、いわゆるフラットタイプのセパレータと電極体の間に、ガス流路層（エキスパンドメタル等の金属多孔体）が配された構造の他にも、電極体の両側にガス流路溝が形成されたセパレータが直接配された従来一般のセル構造を含むものである。
【００３０】
さらに、「ガス透過層」とは、ガス拡散層とガス流路層の双方を含む意味である。したがって、ガス流路層を具備しないセル形態においては「ガス透過層」は「ガス拡散層」を意味するものであり、ガス拡散層とガス流路層の双方を具備するセル形態においては「ガス透過層」は「ガス拡散層」と「ガス流路層」の双方もしくはいずれか一方を意味するものである。また、ガス透過層がガス拡散層と金属多孔体からなるガス流路層の積層体からなる形態においては、該金属多孔体のみが電解質膜よりも側方に張り出している形態などもある。
【発明の効果】
【００３１】
以上の説明から理解できるように、本発明の燃料電池によれば、複数の燃料電池セルをガスケットにて一体としてモジュールを形成し、複数のモジュールが積層されて燃料電池スタックが形成され、もしくは一つのモジュールのみから燃料電池スタックが形成されていることにより、燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの電解質膜のほとんどを、燃料電池の製造過程で異種材料とコンタミネートされることから効果的に防護することができる。また、ガスケットと当接するセパレータの面の一部に非接着領域が存在することで、射出成形後の脱型時の応力解放の際に作用する引張力に対する、ガスケットの変形追随性を高めることができ、もって、シール性能に優れた燃料電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の燃料電池の一実施の形態の縦断面図である。
【図２】図１のII領域を拡大した一実施の形態の拡大図である。
【図３】（ａ）は、射出成形後の脱型時の応力解放によって引張力が作用した際の、従来構造のガスケットの変形態様を説明した模式図であり、（ｂ）は本発明の燃料電池を構成するガスケットの変形態様を説明した模式図である。
【図４】図１のII領域を拡大した他の実施の形態の拡大図である。
【図５】複数の燃料電池セルの電極体の周縁にガスケットが一体成形されてなるモジュールに関し、該モジュールがその中央で上下に突出した太鼓状を呈している状態を説明した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、複数の燃料電池セルが一体成形されたガスケットにて一体とされたモジュールの一実施の形態を示した縦断面図である。このモジュール１００は、たとえば１０〜５０基の燃料電池セル１０，…が積層され、ガスケット８が一体に成形されてなるものである。
【００３４】
各燃料電池セル１０は、３層構造を呈する１つのセパレータ７（図ではアノード側のセパレータとする）と、アノード側の金属多孔体６（ガス透過層、ガス流路層）、膜電極接合体１とカソード側およびアノード側のガス拡散層２，３（ガス透過層）とからなる電極体４、カソード側の金属多孔体５（ガス透過層、ガス流路層）と、から構成されている。なお、図示例以外にも、ガス拡散層２，３を具備しない燃料電池セルであってもよい。
【００３５】
ここで、膜電極接合体１を構成する電解質膜は、たとえば、スルホン酸基やカルボニル基を持つフッ素系イオン交換膜、置換フェニレンオキサイドやスルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリアリールエーテルスルホン、スルホン化フェニレンスルファイドなどの非フッ素系のポリマーなどから形成される。
【００３６】
また、触媒層は、触媒が担持された導電性担体（粒子状のカーボン担体など）と、電解質と、分散溶媒（有機溶媒）と、を混合して触媒溶液（触媒インク）を生成し、これを電解質膜やガス拡散層等の基材に塗工ブレードにて層状に引き伸ばして塗膜を形成し、温風乾燥炉等で乾燥することで触媒層が形成される。ここで、触媒溶液を形成する電解質は、プロトン伝導性ポリマーである、有機系の含フッ素高分子を骨格とするイオン交換樹脂、例えばパーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等のスルホン化プラスチック系電解質、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルケトン、スルホアルキル化ポリエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリスルホン、スルホアルキル化ポリスルフィド、スルホアルキル化ポリフェニレンなどのスルホアルキル化プラスチック系電解質などを挙げることができる。なお、市販素材としては、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標、デュポン社製）やフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ）（登録商標、旭硝子株式会社製）などを挙げることができる。
【００３７】
また、分散溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、酢酸エチルや酢酸ブチルなどのエステル類、芳香族系あるいはハロゲン系の種々の溶媒を挙げることができ、さらには、これらを単独で、もしくは混合液として使用することができる。
【００３８】
さらに、触媒が担持された導電性担体に関し、この導電性担体としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のほか、炭化ケイ素などに代表される炭素化合物などを挙げることができ、この触媒（金属触媒）としては、たとえば、白金や白金合金、パラジウム、ロジウム、金、銀、オスミウム、イリジウムなどのうちのいずれか一種を使用することができ、好ましくは白金または白金合金を使用するのがよい。さらに、この白金合金としては、たとえば、白金と、アルミニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ガリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、バナジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、チタンおよび鉛のうちの少なくとも一種との合金を挙げることができる。
【００３９】
また、ガス拡散層２，３は、拡散層基材と集電層（ＭＰＬ）からなるものであり、拡散層基材としては、電気抵抗が低く、集電を行えるものであれば特に限定されるものではないが、たとえば、導電性無機物質を主とするものを挙げることができ、この導電性無機物質としては、ポリアクリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒鉛及び膨張黒鉛等の炭素材やこれらのナノカーボン材料、ステンレススチール、モリブデン、チタン等を挙げることができる。
【００４０】
また、拡散層基材の導電性無機物質の形態は特に限定されるものではなく、たとえば繊維状あるいは粒子状で用いられるが、ガス透過性の点から無機導電性繊維であって、特に炭素繊維が好ましい。無機導電性繊維を用いた拡散層基材としては、織布あるいは不織布いずれの構造のものも使用することができ、カーボンペーパーやカーボンクロスなどを挙げることができる。織布としては、平織、紋織など、特に限定されるものではなく、不織布としては、抄紙法、ウォータージェットパンチ法によるものなどが挙げられる。
【００４１】
さらに、この炭素繊維としては、フェノール系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などを挙げることができる。さらに、集電層はアノード側、カソード側の触媒層から電子を集める電極の役割を果たすとともに、撥水作用を奏するものであり、導電性材料である、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、金、銀、銅及びこれらの化合物または合金、導電性炭素材料などから形成できる。
【００４２】
また、図示を省略しているが、触媒層の周縁であって電解質膜が該触媒層と密着していない露出領域には、ガス拡散層から突出する毛羽が電解質膜に突き刺さるのを防止し、さらには、射出成形されるガスケットに対して電解質膜を補強する効果を奏する保護ポリマーフィルムが接着されている。この保護ポリマーフィルムは、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＶＤＦ（二フッ化ポリビニル）、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、コポリアミド、ポリアミドエラストマ、ポリイミド、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマ、シリコーン、シリコンゴム、シリコンベースのエラストマなどから形成されるものである。
【００４３】
また、ガス流路層である金属多孔体５，６は、エキスパンドメタルや金属発泡焼結体などから形成でき、たとえば、チタンやステンレス、銅、ニッケル等の耐食性に優れた金属素材の発泡焼結体からなる金属多孔体がガス流路層を形成するものである。
【００４４】
図示するモジュール１００は、たとえば不図示の成形型内に構成基数分の燃料電池セル１０，…を収容し、その姿勢でキャビティ内に樹脂を注入してガスケット８を形成し、該ガスケット８が上下のセパレータ７，７と接着することにより、モジュール１００が一体に形成されるものである。
【００４５】
このガスケット８は、ブチル系ゴムやウレタン系ゴム、シリコーンＲＴＶゴム、耐メタノール性を有するエポキシ系樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、炭化水素樹脂などの樹脂素材にて成形される。
【００４６】
なお、図示例では、ガスケット８の上端にマニホールドＭを囲繞するシール用の無端リブ８ａが設けてあり、モジュール１００を積層させ、スタッキングした際に該リブ８ａが潰されてシール構造を形成できるようになっている。
【００４７】
また、図１は、たとえば燃料ガスの供給マニホールドＭ、および排気マニホールドＭを通る断面で切断したものであり、モジュール１００を構成する各燃料電池セル１０，…が積層姿勢において、その積層方向に流体連通したマニホールドＭを形成している。図１では、マニホールドＭから供給された燃料ガスが３層構造のセパレータ７中のガス流路７ａを介してアノード側の多孔体６に提供される構造を示している。したがって、別の断面においては、カソード側の多孔体５に酸化剤ガスを提供するためのマニホールドが形成されている。
【００４８】
３層構造のセパレータ７は、ステンレスやチタンからなる金属プレート７１，７２と、その間に、金属素材で冷却水流路が形成された中間層７３が介層されたものである。なお、樹脂素材の枠材を中間層とし、２枚の金属プレートの一方のプレートから多数のディンプル、もしくは流路画成用のリブが突出された形態であってもよい。
【００４９】
たとえば、図１で示すモジュール１００が２０基の燃料電池セル１０，…から構成されている場合であって、燃料電池スタックを３００基の燃料電池セル１０，…から構成させようとする場合には、図示するモジュール１００を１５基積層し、スタッキングすることによって燃料電池スタックが形成される。
【００５０】
図からも明らかなように、たとえば射出成形に際し、モジュール１００を構成する燃料電池セル１０，…の電解質膜のほとんどは、複数のセルが積層していることで外部の異種材料と接触できないようになっており、したがって、特に射出成形の際に揮発ガスなどがコンタミネートすること、さらには、セル同士を積層する工程の際に浮遊する異種材料等がコンタミネートすることを防止できる。
【００５１】
図２，３はそれぞれ、図１のII領域を拡大した拡大図であり、ガスケット８とセパレータ７の接合界面を模式的に示したものである。
【００５２】
まず、図２で示す接合界面では、任意の燃料電池セル１０において、隣接する他の燃料電池セル１０と接触するガスケット８の面、もしくは該別途の燃料電池セル１０のセパレータ７の面のいずれか一方に、双方が接着する接着領域Ｓのほかに、双方が接着していない非接着領域ＨＳを有した形態である。
【００５３】
たとえば、ゴム等との間で非接着性を有する、パーフルオロスルフォン酸やテフロン（登録商標）を素材としたシートＨＳがガスケット成形に先んじて当該セパレータ７の面に接着されており、あるいは、これらを素材とした溶液がセパレータ７の面にコーティングされてコーティング層ＨＳを形成していることにより、射出成形にてガスケット８を成形した際に、これらシートＨＳやコーティング層ＨＳが界面における非接着層ＨＳとなる。
【００５４】
ガスケット８とセパレータ７の接着界面の所望部位に、所望範囲で非接着領域ＨＳが形成されていることにより、図示するガスケット８とセパレータ７の全当接界面に射出成形後の脱型時の応力解放によって引張力が生じた場合でも、当該全当接界面の全面が接着している場合に比して、ガスケット８の接着領域が少なくなった分だけ当該界面近傍のガスケット８の変形追随性が向上する。
【００５５】
この作用の対比を、図３ａ，ｂを参照して説明する。なお、図３ａは、出成形後の脱型時の応力解放によって引張力が作用した際の、従来構造のガスケットの変形態様を説明した模式図であり、図３ｂは、本発明の燃料電池を構成するガスケットの変形態様を説明した模式図である。
【００５６】
図３ａで示す従来構造の燃料電池のセパレータでは、セパレータｅとガスケットｆの当接界面の全面で接着していたため、応力解放時に引張力Ｐが作用した際に、セパレータｅとガスケットｆの間の界面近傍での当該ガスケットｆの変形性能を十分に期待することができず、そのために、図５のごとき中央に過大に膨らんだ太鼓状の変形モードが生じていた。このため、図示する接着領域Ｓに剥離が生じ、これが界面内に進展したり、ガスケット自体の亀裂に発展する危険性があった。
【００５７】
これに対して、図３ｂで示す本発明の燃料電池では、セパレータ７の面に非接着領域ＨＳが設けられ、接着領域Ｓの範囲が減少したことにより、ガスケット８の界面近傍における変形性能が向上することは理解に易い。したがって、上記と同様に引張力Ｐが作用した際に、ガスケット８の接着領域Ｓは変形し（変形量：δ）、この変形の際にガスケット８と非接着領域ＨＳの間にはエアギャップＧが形成される。そして、ガスケット８が図示のごとく変形することで、モジュール構成部材である、各燃料電池セルのセパレータやガスケット、電極体等の接合界面を略フラットに維持することができ、図５のような太鼓状の変形モードは効果的に解消されるのである。
【００５８】
尤も、非接着領域ＨＳによってその範囲が低減された接着領域Ｓのみによって、作用する引張力Ｐに抗し得る接着力を有している、すなわち、セパレータ７とガスケット８の間の接着姿勢を維持する必要があることは言うまでもない。
【００５９】
一方、図３で示す形態の接合界面は、任意の燃料電池セル１０を構成するガスケット８が接触する上下のセパレータ７，７双方の面に、セパレータ７とガスケット８が接着する接着領域Ｓのほかに、双方が接着していない非接着領域ＨＳを有したものである。
【００６０】
すなわち、この形態では、ガスケット８の上下面で非接着領域ＨＳが存在するため、一層高い変形追随性を有するガス流路とセパレータ７との界面構造が形成されることとなる。実際に電気自動車等に車載される燃料電池システムは、図示する燃料電池１００（燃料電池スタック）と、水素ガスや空気を収容する各種タンク、これらのガスを燃料電池に提供するためのブロア、燃料電池を冷却するためのラジエータ、燃料電池で生成された電力を蓄電するバッテリ、この電力で駆動する駆動モータ等から大略構成されるものである。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６２】
１…膜電極接合体、２…（カソード側）ガス拡散層（ガス透過層）、３…（アノード側）ガス拡散層（ガス透過層）、４…電極体、５…（カソード側）金属多孔体（ガス透過層）、６…（アノード側）金属多孔体（ガス透過層）、７…セパレータ、７１，７２…金属プレート、７３…流路形成用中間層、７ａ…ガス流路、８…ガスケット、８ａ…シール用の無端リブ、１０…燃料電池セル、１００…モジュール、Ｍ…マニホールド、Ｓ…接着領域、ＨＳ…非接着領域（シート、コーティング層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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